光频测量用飞秒激光频率梳光谱扩展实验研究

在光频的绝对测量研究中,本研究小组研制了光谱范围为650~950 nm波段、重复频率为350 MHz的"单块"结构钛宝石飞秒激光频率梳。为了实现其对633 nm波长国家副基准频率的绝对测量,本实验分别采用棱镜对和啁啾镜对进行脉宽压缩,然后注入光子晶体光纤进行光谱扩展。实验发现两者均可扩展出短波长方向的光谱,但棱镜对扩谱结构由于具有较长的"光程臂长"容易受到扰动而造成光纤耦合的不稳定,最终表现为光谱中各波长成分的光强不稳定而无法用于光频测量。啁啾镜对结构紧凑、稳定性强,经过脉宽压缩及光子晶体光纤扩谱,最终获得了光谱覆盖600~950 nm波段、各波长成分强度稳定、各光频齿频率稳定度同步于氢原子钟的可用于光频测量的飞秒激光频率梳     

基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计

基于差频技术的单块飞秒光学频率梳被广泛应用于光频的精密测量领域。通过将飞秒激光的重复频率和载波包络相移同时锁定至原子钟上,可以将飞秒光学频率梳的稳定状态延长至9 h。文中提出了一种基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计,并且针对两种待测光频的不同情况,给出了不同的测量方法。这种设计对将来实现高效率的光频测量具有重要意义。     

飞秒激光频率梳绝对测距技术综述

卫星编队飞行、地球观测、深空探测成像以及高端制造技术的快速发展,对绝对距离测量提出了更高的要求,大距离、超高准确度和快速绝对测距已成为重要的技术支撑,传统的激光测距方法已难以满足此类应用需求。飞秒激光频率梳技术的问世给高性能绝对距离测量带来了革命性的突破。本文主要分析和综述了飞秒激光频率梳测距技术的最新研究进展。     

飞秒光学频率梳测距技术的研究进展

飞秒光学频率梳测距技术以其快速、高准确度等优点已经成为国际研究热点。该技术有望广泛应用于大规模制造、卫星编队飞行等测距任务。文中介绍了飞秒光学频率梳测距技术的国内外进展,阐述了飞秒光学频率梳目前的主要测距方法,分析了各种飞秒光学频率梳测距技术的原理、技术方法的优缺点、测距结果的影响因素及技术应用范围,并对飞秒光学频率梳测距未来的发展趋势作了阐述。     

633nm波长副基准光频绝对测量实验

为了进行光频的绝对测量实验研究,本课题组研制了基于MgO:PPLN晶体的"单块"结构飞秒激光频率梳,在利用稳频电路将重复频率frep和载波包络相移频率fceo同时锁定到氢原子钟上后,其光频齿的频率稳定度同步于氢原子钟。利用该高稳定度"单块"结构钛宝石飞秒激光频率梳对编号为NO.02的633nm激光波长国家副基准装置进行了激光频率的绝对测量实验,得到了5个峰的测量结果,各光频测量结果相对偏差为10-11量级。     

“飞秒激光光学频率梳的研究”通过鉴定

2006年9月12日，由中国计量科学研究院承担的“飞秒激光光学频率梳的研究”顺利通过鉴定委员会专家的鉴定。该研究成果成功将我国633nm氦氖国家激光波长基准的频率直接溯源到国家铯原子时间频率基准，从根本上解决了我国激光波长基准必须通过国际比对才能实现量值溯源的问题。     

飞秒激光及光钟

结合飞秒激光超强、超快、超稳、宽频、广谱、相干的特点,介绍了其相应的技术应用情况：应用超快特性的微观物理、生物、化学、信息、通信等;以超强应用为对象的材料加工、制备、电子对撞加速器、受控核聚变等;以超稳特性应用为对象的光频测量、长距离测量、光钟等,并简介了光钟。     

飞秒激光器脉冲重复频率的锁定技术研究

介绍了光纤飞秒激光器脉冲重复频率锁定技术的应用背景及其原理,并设计了一套可快速实现重频锁定的实验装置,最终将激光器的脉冲重复频率锁定到铷原子钟上,使飞秒激光器的脉冲重复频率获得和原子钟同样的稳定度;通过计数器采集锁定后激光器的脉冲重复频率数据,使用Allan方差给出了稳定度评价,对激光器脉冲重复频率锁定前后的稳定度进行了对比。实验证明,自主设计的实验装置可以实现锁定功能,具有很好的实用价值。     

飞秒激光新技术的应用研究

利用飞秒激光新技术加工典型零件,对零件进行金相检测分析、尺寸测量等相关技术研究工作,找到了解决以上各类零件光洁锐边缺口较多、形状不一致、存在重熔层等质量问题的技术方法,实现了无重熔层、无毛刺、微小孔高精度加工,完全满足了设计图纸要求。     

高速精密激光干涉测量的研究现状及其关键技术

总结了高速精密激光干涉测量的研究现状;分析了影响测量精度和提高测量速度的主要因素及解决问题的关键技术,包括激光稳频技术和光学反馈、精度与测速的制约关系、空气折射率的影响及补偿、电子细分技术、光学非线性误差等     

飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

飞机发动机进气道前缘唇口积冰将会严重威胁航空安全,仿生研究表明具有微纳结构的疏水表面可以起到良好的抑冰效果。针对飞机唇口材料TC4,采用飞秒脉冲激光诱导制备TC4微结构表面,利用三维形貌仪和扫描电镜对TC4合金表面三维形貌和微纳结构进行观测,应用接触角测量仪分析表面浸润改性,依托结冰特性实验系统测试微结构表面抑冰抑霜性能,并分析飞秒脉冲激光加工工艺参数对表面微观结构和抑霜特性的影响机制。研究结果表明：随着激光扫描速度的增大,TC4合金表面形成的拱形沟壑深度增加,沟壑上方出现干涉条纹以及圆形凸起且微纳凸起的尺寸随扫描速度的增大而增大,接触角先减小后增大再减小;加工后表面液滴冻结时间比未加工表面延迟30 s;扫描速度2 000 mm/s时的液滴冻结时间最长,霜层质量最小,高度最低。飞秒激光加工TC4合金表面形成的微纳结构以及表面吸附的有机物能够改变表面接触角;粗糙度和表面形貌能够影响表面结冰时间和结霜量。     

测量旋涡脱落频率的实验研究

本文提出了一种由表面摩擦测量旋涡脱落频率的方法,阐述了其原理,给出了实验研究的结果,可作为涡街式流量计测量旋涡脱落频率的一种途径。     

“NIM4激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置研究”荣获国家科技进步一等奖

2007年2月27日，中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。这次大会奖励共计329项，其中，国家科技进步一等奖20项。中国计量科学研究院“NIM4激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置研究”荣获国家科技进步一等奖。经过实验测试和评估，我国最新一代时间频率基准“NIM4激光冷却一铯原子喷泉时间频率基准”频率准确度达到5×10^-15，相当于600万年不差一秒，达到世界先进水平。[第一段]     

基于锥束CT的飞秒激光加工气膜孔几何特征测量及表征

针对当前国内气膜孔加工存在的几何精度偏低、质量不稳定现状,通过计算机断层成像技术利用气膜孔切片图像,在特征分割、点云拟合基础上对不同工艺参数激光加工的气膜孔孔径及几何特征质量进行检测与评价。结果表明：超快激光工艺参数的圆形气膜孔通孔入口直径略大于出口,锥度在0.005°～0.020°之间,位置度误差最大为?0.072 mm,异型气膜孔入射角的范围在60°～70°之间。使用锥束CT(computed tomography)测量方法对气膜孔几何特征进行检测与评价是可靠的,具有重要工程应用价值。     

涡轮叶片气膜孔的纳秒-飞秒双波段激光加工

针对航空发动机中涡轮叶片气膜孔的复杂加工要求,提出并建立了一套基于纳秒–飞秒双波段激光加工的方法与系统.使用三维扫描仪对涡轮叶片气膜孔进行空间坐标获取,对气膜孔的实际加工坐标进行了误差校正,实现了气膜孔的高精度定位.综合利用532nm纳秒激光高效率与400nm飞秒激光高精度的特点,在不锈钢涡轮叶片上实现了81个气膜孔的...     

蓝宝石晶片飞秒激光辅助集群磁流变抛光试验研究

为了实现蓝宝石衬底材料高效高品质超光滑平坦化加工的目的,提出一种先利用飞秒激光对蓝宝石晶片表面材料进行预处理改性后再集群磁流变抛光新工艺,并且研究了飞秒激光扫描速度和集群磁流变抛光时间对激光预处理蓝宝石晶片表面抛光材料去除率和表面粗糙度的影响规律,同时借助X射线光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）分析了蓝宝石表面经过飞秒激光处理前后材料特性变化,深入研究了飞秒激光辅助集群磁流变抛光加工机理。研究结果表明,飞秒激光预处理对蓝宝石晶片集群磁流变抛光效果影响显著,蓝宝石晶片用飞秒激光预处理加工后的集群磁流变抛光材料去除率提高了1倍以上,并且飞秒激光扫描速度为100mm/s时,预处理的蓝宝石经过抛光后可以得到较好的表面质量和表面形貌;XPS和XRD检测结果表明蓝宝石衬底表面经过飞秒激光辐照后并未发生化学反应,而是飞秒激光使得蓝宝石表面层晶体结构发生了非晶化和微晶化有利于集群磁流变抛光过程中的材料去除。研究表明,飞秒激光可使蓝宝石表面层发生微晶化和非晶化进而有利于提升集群磁流变抛光蓝宝石的抛光效率和表面性能。     

飞秒激光能量密度对镍基合金重铸层和加工效率的影响

以航空发动机叶片制孔为导向,结合飞秒激光对单晶镍基高温合金材料的非热熔性损伤阈值(Φth1)和热熔性损伤阈值(Φth2)特征,研究了飞秒激光能量密度(0Φ44.2J/cm2)对制孔重铸层和加工效率的影响规律。研究结果表明:在Φth1ΦΦth2时,镍基合金经飞秒激光加工后加工侧壁没有出现明显的重铸物;在ΦΦth2时,加工侧壁开始出现重铸物,并随着能量密度的增加,重铸层厚度增大。在试验结果的基础上,建立了飞秒激光单脉冲加工深度与能量密度的定量关系。能量密度越高,飞秒激光单脉冲加工深度越大,加工效率越高。     

空间三轴激光陀螺稳频方法研究

空间三轴激光陀螺的每一个腔长控制器控制两个通道的腔长,即其不同通道的光路稳频具有耦合关系,要实现空间三轴陀螺的工程化应用,必须解决空间三轴激光陀螺的稳频问题。针对空间三轴激光陀螺的稳频回路进行详细的分析,提出了一种稳频方案,该方案将空间三轴激光陀螺的稳频解算为三个通道单轴激光陀螺的稳频问题,其核心思路是对光路稳频关系进行等效变换。经过试验验证,该稳频方案可行有效。